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Matériaux
Les procédés de mise en forme des matériaux dans l'industrie
Les techniques de mise en forme des matériaux ont pour objectif de donner une forme déterminée au matériau tout en lui imposant une certaine géométrie, afin d'obtenir un objet ayant les propriétés souhaitées.
1. Les procédés de mise en forme des matériaux métalliques :
Forgeage - Fonderie - Frittage - Emboutissage
2. Le procédé général de mise en forme des matériaux polymères et des composites : Injection : - Extrusion - Thermoformage - Rotomoulage
Définition d’un matériau :
Substance quelconque utilisée à la construction des objets, machines, bâtiments, etc.
Classification des matériaux :
1 - les matériaux métalliques : matériaux durs, rigides et déformables plastiquement. Exemple : fer, acier, aluminium, cuivre, bronze, fonte, etc. Les métaux et leurs alliages sont ordinairement bons conducteurs de la chaleur, de l'électricité et opaques à la lumière; Ils sont extrait du sol.
2 - les matériaux organiques : matériaux constitués de molécules formant de longues chaînes de carbone, matériaux faciles à mettre en forme, ils supportent rarement des températures supérieures à 200 °C. Ce sont des matériaux d'origine animale, végétale ou synthétique : bois, coton, laine, papier, carton, matière plastique, caoutchouc, cuir, etc. Ce sont presque toujours des isolants thermique (chaleur) et électrique;
3 - les matériaux minéraux ou céramiques : matériaux caractérisés par leur résistance mécanique et thermique (réfractaires). Ce sont des roches, des céramiques ou des verres : porcelaine, pierre naturelle, plâtre, etc.
4 - les matériaux composites : Ce sont des assemblages d'au moins deux des trois types de matériaux déjà cités, non miscibles : plastiques renforcés de fibre de verre, fibre de carbone ou de Kevlar, contreplaqué, béton, béton armé, etc.
Caractéristiques physiques des matériaux
La nature chimique, la forme physique et l'état de surface des différentes matières premières, qui sont à la base des matériaux, leur confèrent des propriétés particulières.
La densité
La densité est le rapport qui existe entre la masse d'un certain volume d'un corps et celle du même volume d'eau. Elle est donc sans unité.
La masse volumique est, elle, le rapport entre la masse d'un solide et son volume.
Elle s'exprime en Kg/m3.
Le carton rempli de plumes pèse autant que le poids en plomb, alors que leurs volumes sont très différents.
La rigidité
La raideur d'une pièce dépend d'une part de sa géométrie, typiquement de sa section , et d'autre part du module d'élasticité longitudinal ou module de Young (E) du matériau qui caractérise la rigidité de celui-ci.
Le module E représente le rapport de la contrainte* en traction ou en compression sur la déformation du matériau dans son domaine d'élasticité.
E s'exprime en MPa (ou N/mm²).
Le module de Young est fonction de l'intensité des liaisons chimiques du matériau.
* une contrainte est le rapport de la force appliquée, sur la section de l'objet sur laquelle elle est appliquée.
La limite d'élasticité
La limite d'élasticité est la contrainte maximale pouvant agir sur une pièce sans entraîner de variation permanente de sa forme et de ses dimensions.
La première barre s'est déformée sous le poids du personnage, puis est revenue à sa position initiale.
On n'a pas dépassé la limite d'élasticité du matériau.
La seconde s'est déformée sous le poids d'un personnage plus lourd que le précédent. Elle a été déformée de façon permanente.
On a dépassé la limite d'élasticité du matériau et on est entré dans son domaine de plasticité.
La déformation à la rupture et la contrainte maximale
La déformation à la rupture (epsilon R) est le niveau de déformation atteint au moment de la rupture d'un solide.
La contrainte maximale (Sigma M) est le niveau de contrainte maximum que peut subir un matériau sans être endommagé, c'est-à-dire avant le début de la striction.
La dureté
La dureté caractérise la résistance qu'offre un matériau à la pénétration d'un corps.
Plus un matériau est dur et plus l'empreinte laissée par ce corps est petite.
Pour certains matériaux comme les aciers au carbone, il est possible de corréler leur dureté et leur limite d'élasticité Re.
La ténacité
La ténacité caractérise la résistance à la propagation d'un défaut "macroscopique" (fissure, porosité, etc.) présent dans un matériau.
Cette propriété est bien sûr en lien avec la nature fragile ou au contraire ductile du matériau. Cependant, elle est dépendante de la présence ou non d'un défaut et aussi de sa taille.
La résilience
La résilience est un essai, qui en mesurant la résistance au choc d'une éprouvette normalisée, permet de quantifier la fragilité d'un matériau. Cet essai est simple, rapide, peu coûteux et est surtout employé comme moyen de contrôle et pour classer les matériaux les uns par rapport aux autres. La résilience est fonction de l'énergie développée pour arriver à briser le matériau.
La conductivité électrique
La conductivité électrique traduit l'aptitude d'un matériau à plus ou moins conduire un courant électrique.
Elle est due à la possibilité pour les électrons des atomes de circuler librement dans le matériau.
La conductivité thermique
La conductivité thermique est l'aptitude d'un matériau à conduire la chaleur.
Elle est liée à la possibilité pour les phonons* et les électrons de circuler librement dans le matériau.
* quantum d'énergie véhiculé par les ondes acoustiques lorsqu'elle se propagent.
Exercice sur les propriétés des matériaux > Ici
Exercice sur les familles de matériau >
Exercice sur les matériaux >
Recyclage des matériaux
Le recyclage est un procédé de traitement des métaux, plastiques, déchets (déchet industriel ou ordures ménagères) qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des matériaux qui composaient un produit similaire arrivé en fin de vie, ou des résidus de fabrication.
Cours sur les matériaux > Ici
